基于多方式水冷壁近壁面在线精准测量系统及其控制方法与流程

本发明涉及煤粉锅炉测量，特别是涉及基于多方式水冷壁近壁面在线精准测量系统及其控制方法。

背景技术：

1、近年来，我国火电机组超低排放政策实施了全球最严格的排放标准，其中nox排放限值为50mg/nm3。随着超低氮改造的完成，空气深度分级技术得到广泛应用，这一技术很好的实现了nox原始排放降低，但深度缺氧工况会导致co浓度和飞灰含碳量急剧增加，这也使得低nox燃烧技术过渡依赖于燃尽风，增加了燃尽风调控难度，同时炉膛内强还原性气氛也会降低灰熔点，引起炉膛壁水冷壁近壁面结渣与腐蚀。但与此同时也造成煤中硫元素在还原区转化为h2s而非so2。而h2s作为一种强腐蚀性气体，当其浓度高于百ppm量级时，会与水冷壁的金属氧化物发生反应，从而破坏水冷壁致密的保护层，造成严重的高温腐蚀现象。目前已开展超低排放改造的锅炉水冷壁年减薄量已达到了0.5mm/年，导致电厂在运行不足5年后就被迫大面积更换高温水冷壁，造成了严重的经济损失，严重威胁到超临界机组的安全运行，并且会对电网的安全生产和调度产生影响，在大型火电机组煤粉锅炉深度调峰、煤质波动等不同工况下精准有效进行燃烧调整成为必要发展方向。

2、现有技术中，测量方式：目前都采用离线、单点测量方式，并无按照炉膛实际燃烧工况按需求在水冷壁鳍片开孔，通过自动控制系统实现点、线、面的在线监测系统；测量装置：水冷壁鳍片间隙小(8-10mm)，取样管安装难度大，抽取式系统在连续运行过程中前端极易堵塞，连续稳定运行性低，且不能同时实现取样位置在线式浓度场和温度场的准确测量；测量系统：目前监测系统主流都是离线测量方式，在线监测难度大，且炉内工况组分复杂，更不能实现测量与调整一体化，调整难度大，精准性、智能化程度低。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、基于此，本发明的目的在于提供一种基于多方式水冷壁近壁面在线精准测量系统，解决目前水冷壁近壁面浓度场、温度场实时在线监测与精细化调整的难题。

3、本发明的另一个目的在于提出一种应用于基于多方式水冷壁近壁面在线精准测量系统的控制方法。

4、为达上述目的，本发明一方面提出种基于多方式水冷壁近壁面在线精准测量系统，包括：

5、煤粉锅炉水冷壁取样单元、输风管、引风机、取样管、烟气分析单元和dcs系统，所述煤粉锅炉水冷壁取样单元，包括多个测控装置取样探头，用于使得烟气经所述取样管进入所述烟气分析控制单元，测得烟气测量数据，所述烟气测量数据反馈至所述dcs系统，以调整所述引风机将补风量送入所述输风管内。

6、本发明实施例的基于多方式水冷壁近壁面在线精准测量系统还可以具有以下附加技术特征：

7、进一步地，所述煤粉锅炉水冷壁取样单元，包括：取样腔与补风管焊接在所述煤粉锅炉水冷壁取样单元的开孔处，烟气经所述取样腔进入一级金属滤芯，流经主路高温电磁阀后进入二级滤芯，所述主路高温电磁阀通过所述烟气分析控制单元进行通断控制。

8、进一步地，所述煤粉锅炉水冷壁取样单元，还包括：风量调节装置用于所述补风量的控制，所述取样腔内设有电机驱动，用于驱动连接轴及曲柄连杆对所述取样腔的取样口处进行机械清扫。

9、进一步地，所述连接轴的外端设有密封波纹管，所述取样腔的最前端设有蓝宝石光纤，所述电机驱动和蓝宝石光纤的光纤盒安装于固定箱内。

10、进一步地，所述取样腔集成所述主路高温电磁阀的各主路设有旁路高温电磁阀，通过控制各主路和所述旁路高温电磁阀的关断实现多种方式的取样测量。

11、进一步地，打开第一主路高温电磁阀，关闭第一旁路高温电磁阀，实现单点取样测量；打开第一测点的第二主路高温电磁阀，打开第二旁路高温电磁阀，打开第二测点的第三主路高温电磁阀，关闭第三旁路高温电磁阀实现第一测点和第二测点的混合取样测量。

12、进一步地，在所述旁路高温电磁阀处设有可伸缩密封旁路。

13、为达上述目的，本发明另一方面提出应用基于多方式水冷壁近壁面在线精准测量系统的控制方法，包括：

14、对煤粉锅炉炉膛数据进行仿真建模，以建立水冷壁近壁面浓度场、温度场燃烧模型并产生锅炉燃烧运行数据；

15、基于所述锅炉燃烧运行数据，对煤粉锅炉炉膛的水冷壁近壁面进行多点分布式浓度场、温度场系统的数据监测，以实时反馈炉内燃烧工况；

16、根据反馈的所述炉内燃烧工况控制对所述多点分布式浓度场、温度场系统输送的补风量；

17、通过控制调整实时的补风量以实现煤粉锅炉的运行。

18、本发明实施例的基于多方式水冷壁近壁面在线精准测量系统及其控制方法，可依据现场工况进行调整，实现近壁面分布式精确测量；依据测量数据调整补风量大小，实现点对点精准补风，实现精细化调整，提高炉内燃烧工况。

19、本发明的有益效果为：

20、1)对水冷壁近壁面实现单点、多点、混合取样预处理方式，其安装位置及安装方案可依据现场工况进行调整，根据需要实现炉膛水冷壁点、线、面在线监测。

21、2)水冷壁鳍片间隙小，炉内燃烧工况(高温、高尘、强腐蚀)复杂，对于取样预处理稳定运行提出更高要求，本发明专利创新性提出采用内部集成防堵电动机械清扫装置、反吹、多级过滤实现高保真样气取样，蓝宝石光纤实现水冷壁近壁面温度场测量，其具有体积小、测量精度高、传输距离远等优势，将浓度场与温度场结合更加全面实现炉内燃烧工况监测，保证了取样系统的稳定性；

22、3)本发明在实现浓度场、温度场在线测量后，设计出一体化测控系统，对每个监测位置按需进行补风精细调整，科学准确的优化炉内燃烧工况，保证锅炉高效、环保、安全运行。

23、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于多方式水冷壁近壁面在线精准测量系统，其特征在于，包括：煤粉锅炉水冷壁取样单元、输风管、引风机、取样管、烟气分析单元和dcs系统，所述煤粉锅炉水冷壁取样单元，包括多个测控装置取样探头，用于使得烟气经所述取样管进入所述烟气分析控制单元，测得烟气测量数据，所述烟气测量数据反馈至所述dcs系统，以调整所述引风机将补风量送入所述输风管内。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述煤粉锅炉水冷壁取样单元，包括：取样腔与补风管焊接在所述煤粉锅炉水冷壁取样单元的开孔处，烟气经所述取样腔进入一级金属滤芯，流经主路高温电磁阀后进入二级滤芯，所述主路高温电磁阀通过所述烟气分析控制单元进行通断控制。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述煤粉锅炉水冷壁取样单元，还包括：风量调节装置用于所述补风量的控制，所述取样腔内设有电机驱动，用于驱动连接轴及曲柄连杆对所述取样腔的取样口处进行机械清扫。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述连接轴的外端设有密封波纹管，所述取样腔的最前端设有蓝宝石光纤，所述电机驱动和蓝宝石光纤的光纤盒安装于固定箱内。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述取样腔集成所述主路高温电磁阀的各主路设有旁路高温电磁阀，通过控制各主路和所述旁路高温电磁阀的关断实现多种方式的取样测量。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，打开第一主路高温电磁阀，关闭第一旁路高温电磁阀，实现单点取样测量；打开第一测点的第二主路高温电磁阀，打开第二旁路高温电磁阀，打开第二测点的第三主路高温电磁阀，关闭第三旁路高温电磁阀实现第一测点和第二测点的混合取样测量。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，在所述旁路高温电磁阀处设有可伸缩密封旁路。

8.一种应用如权利要求1所述的基于多方式水冷壁近壁面在线精准测量系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了基于多方式水冷壁近壁面在线精准测量系统及其控制方法，该系统包括：煤粉锅炉水冷壁取样单元、输风管、引风机、取样管、烟气分析单元和DCS系统，所述煤粉锅炉水冷壁取样单元，包括多个测控装置取样探头，用于使得烟气经所述取样管进入所述烟气分析控制单元，测得烟气测量数据，所述烟气测量数据反馈至所述DCS系统，以调整所述引风机将补风量送入所述输风管内。本发明解决目前水冷壁近壁面浓度场、温度场实时在线监测与精细化调整的难题，对每个监测位置按需进行补风精细调整，科学准确的优化炉内燃烧工况，保证锅炉高效、环保、安全运行。

技术研发人员：张寅卯,彭志敏,张宝林,付福军,张勇飞,石彦鹏,刘阳东,宇鹏,孙昊,强景云
受保护的技术使用者：内蒙古京宁热电有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12